JP2022526409A - 内在する造影剤の光学的相互相関ウェーブレット血管造影法 - Google Patents

Abstract

患者の時系列化された一連の光学画像は、心臓周波数よりも速い速度で得られ、この時系列化された一連の画像は、内在する造影剤の１つ以上の物理的特性を捕捉する。患者からの相互相関信号が得られる。この時系列化された一連の光学画像に対して、相互相関ウェーブレット変換解析を適用して、心臓周波数現象の時空間的表現を生成する。相互相関ウェーブレット変換解析は、時系列的な一連の光学画像をウェーブレット変換してウェーブレット変換された信号を得ることと、ウェーブレット変換された信号を相互相関信号と相互相関させて相互相関信号を得ることと、この相互相関された信号を心臓周波数でフィルタリングしてフィルタリングされた信号を得ることと、フィルタリングされた信号を逆ウェーブレット変換して、時系列的な光学画像の時空間的表現を得るための逆ウェーブレット変換を実行することとを含む。心臓周波数現象の画像を生成する。
【選択図】図１Ａ

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年４月４日に出願された米国仮特許出願第６２／８２９２９０号に対して優先権を主張し、参照によりその全体が本出願に組み込まれる。

本発明は、一般に、心拍数よりも速い速度で取得された血管造影画像の連続（シーケンス）に適用されるウェーブレット数学または同様の数学的手法を用いる、移動する血管脈波の時空間画像の再構成に関するものであり、特に、内在する造影剤を用いる時空間画像の再構成に関する。

血管造影法は、血流中に化学造影剤を注入してＸ線の配列を得るＸ線研究である。注入された化学造影剤は、血管系を通してボーラス（ｂｏｌｕｓ）として移動し、動脈サブシステムから毛細血管を通って静脈系サブシステムへと通過する。化学造影剤は、Ｘ線の通過を阻止し、通過するＸ線の幾何学的形状が、Ｘ線検出器の二次元アレイへの到達時に画像を生成することを可能にする。静脈内に投与される光学的な化学造影剤の一例は、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）である。化学造影剤は血管の壁内に含まれるので、その空間分布は血管の管腔内形状に対応する。組織循環中の血液は、心臓から動脈へ、毛細血管を通って静脈まで一方向に流れ、心臓に戻る。したがって、血管造影法は、動脈対静脈のサブシステムの特性を区別するために使用され得る。それゆえ、血管造影画像シーケンス内の画像の相対的なタイミングは、特定の循環サブシステムにおける血管解剖学および生理学に関する情報を伝達する。注入された化学造影剤に基づく血管造影画像は、典型的には、血管壁が化学造影剤のための鋭い境界を形成するので、非血管組織からの血管構造（血管など）の空間分解能を示す。化学造影剤の注入量を増加させることにより、空間分解能を高めることができる。しかしながら、投与量を増加させることは、腎損傷の危険性の増加、または腎機能に障害のある患者にとっては、毒性の副作用のような病的副作用を有することが多い。したがって、静脈内投与された化学造影剤は、毒性を含む多くの欠点を有し、腎疾患または他の障害を有する人には適していないことが多い。

心拍数よりも高速で取得された血管造影画像に適用される相互相関ウェーブレット数学を使用しての移動する血管脈波のシネ画像の再構成は、米国特許第１０１２３７６１号明細書に教示されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。しかし、このアプローチは、静脈内注入された構造体を含む造影剤に基づいて、心臓周波数の変化および運動に関するデータを捕捉する。

他の撮像技術は当該技術分野で知られている。例えば、米国特許出願第９８１１９０１号、米国特許第９３２４００５号明細書においてウーにより教示されているように、オイラー倍率を適用して、増幅された視覚効果を発生させた。これらの技術は、増幅項を含むテイラー展開に基づく数学的演算に依存する。ウーによって教示された手順は、空間周波数カットオフフィルタと増幅率αの使用者による選択を必要とする。しかしながら、これらの技術は、この出願において提供される技術とは異なり、内在する造影剤を使用して血管造影データにおける心臓周波数現象を再構成する方法を提供しない。

光コヒーレンストモグラフィ（ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）のような他の撮像技術が、血管組織を含む限られた範囲の構造体の３次元画像を生成するために使用されてきた。この技術は、３次元で光学的血管造影を生成するためにフルオレセインのような血管内注入された化学造影剤を用いて使用することができる。赤血球の移動は、チェン（米国特許第６５４９８０１号、米国特許第７３５９０６２号明細書）などによって教示されているように、光コヒーレンストモグラフィに使用される光の波長に対してドップラー効果を発生する。

様々な撮像技術が利用可能であるが、造影剤を静脈内投与することなく、および／または改善された患者の安全性プロファイルを有する、血管造影データにおける心臓周波数現象を再構成することができる撮像技術が必要とされる。

本発明の実施形態は、内在する造影剤を用いて血管造影データにおける心臓周波数現象を再構成するための方法、システム、およびコンピュータ可読媒体に関する。患者の時系列化された一連の光学画像は、心臓周波数よりも速い速度で光学系のシステムによって得られ、この時系列化された一連の画像は、内在する造影剤の１つ以上の物理的性質を捕捉する。患者からの相互相関信号が得られる。この時系列化された一連の光学画像に、相互相関ウェーブレット変換解析を適用して、心臓周波現象の時空間的表現を得る。相互相関ウェーブレット変換解析は、ウェーブレット変換された信号を得るために時系列的な光学画像に対してウェーブレット変換を実行することと、相互相関信号を得るためにウェーブレット変換された信号と相互相関信号とを相互相関させることと、フィルタリングされた信号を得るために前記相互相関信号を心臓周波数でフィルタリングすることと、光学画像の時系列的な時空間的表現を得るために前記フィルタリングされた信号を逆ウェーブレット変換することと、を含む。この時空間的表現から、心臓周波数現象の画像を生成することができる。

一態様では、時空間的再構成は、１つ以上の再構成された画像に表示される。

別の態様では、同時測定された心臓信号が得られ、ウェーブレット変換された信号と相互相関される。

一態様では、画像は、光学顕微鏡、近赤外顕微鏡、超音波、またはドップラー技術によって得られる。

別の態様では、画像は、血管構造を有する身体を撮像することにより得られる。

一態様では、内在する造影剤は、熱放射、光学的反射、または自家蛍光を含む。

別の態様では、再構成された血管造影画像は、シネビデオシーケンス（ｃｉｎｅ ｖｉｄｅｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）として提供される。

一態様では、第２の時系列的な一連の画像が、静脈内に注入された化学造影剤で取得され、静脈内注入された化学造影剤から得られた画像の第２の時空間的表現が生成される。内在する造影剤で得られた画像の時空間的表現は、静脈内注入された化学造影剤から得られた画像の第２の時空間的表現とペアリングされる。内在する造影剤で得られた画像の第２の時空間的表現は、ペアリングに基づいて較正される。

これらの技術のさらに他の目的及び利点は、明細書及び図面から明らかになるであろう。

本発明の例示的な実施形態は、図面を参照して説明される。

図１Ａは、本開示の態様に係る内在する造影剤の光学的血管造影を利用するための例示的なシステムの概略図であって、手術室設定において可視及び近赤外信号が得られるシステムを示す。 図１Ｂは、本開示の態様に係る内在する造影剤の光学的血管造影を利用するための例示的なシステムの概略図であって、モバイルシステムを示す図である。 図２は、本開示の態様に従って、血管内造影剤として投与されるインドシアニングリーン造影剤を使用して、図１Ａのシステムで得られた可視および近赤外血管造影画像を示す。 図３は、本開示の態様に従って、血管内投与された化学造影剤の代わりに、近赤外スペクトルにおける内在する造影剤を使用して、図１Ａのシステムで得られた可視および近赤外血管造影画像を示す。 図４は、本開示の態様に従って、皮膚の脈管構造内で可視化された可視波長における内在する造影剤の光学的血管造影と、頭蓋の化学的血管内Ｘ線造影法とを比較する。 図５は、本開示の態様で使用することができるコンピュータシステムまたは情報処理装置のブロック図である。 図６は、本開示の態様に係る内在する造影剤の光学的血管造影の技術を示すフローチャートである。

本技術は、内在する造影剤および相互相関ウェーブレット血管造影を使用して、心臓周波数現象を時空間的に再構成するために用いられる。本明細書で使用される場合、用語“相互相関ウェーブレット血管造影”は、例えば、米国特許第１０１２３７６１号明細書に記載されているように、心拍数よりも速い速度で取得された血管造影画像のシーケンスに適用されるウェーブレット数学による、移動する血管脈波の時空間的画像の再構成を指す。米国特許第１０１２３７６１号明細書は、参照によりその全体が本出願に組み込まれる。

他の態様では、内在する造影剤を有する移動する血管脈波の時空間的画像の再構成のために、他の数学的技術を使用することができる。例えば、内在する造影剤は、窓かけ処理されたフーリエ変換を含む他の数学的計算技術を用いて実行されてもよい。さらに他の例では、２０２０年３月２７日に出願された同時係属中の米国特許出願１６／８３２６９５号明細書に記載されているように、内在する造影剤は、バンドパスフィルタおよび増幅を含む他の技術で使用されてもよい。米国特許出願１６／８３２６９５号明細書は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本技術は、血管内に投与された造影剤の代わりに、内在する造影剤を用いて時空間的再構成を行うことを可能にする。このアプローチは、改善された安全性プロファイルを提供し、腎障害のある患者に適している。任意選択的に、本技術は、内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影および血管内に投与された造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影の両方を実行するために使用され得る。さらに別の選択肢は、本技術を使用して、従来の血管造影法と組み合わせて内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影を行うことである。

用語“内在する造影剤”は、本明細書で使用される場合、化学造影剤の投与なしに記録され得る循環系の性質を指し、循環系に局在化される。このような特性は、時空間的に再構成された画像を形成するために使用され得る測定可能な分布を有する。物理的特性の例としては、熱放射の変化（赤外および近赤外の電磁スペクトルの範囲内で検出可能）、可視電磁スペクトルにおける光学的反射の変化（例えば、６４０ｎｍの波長における変化、そこではオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間の光学的な差が最大となる）、熱放出の変化（例えば、米国特許第５６３７８７１号および米国特許第３３３５７１６号明細書を参照されたい）、自家蛍光の変化（近赤外スペクトルにおける照明が、血中のポルフィリンおよび他の分子を近赤外スペクトルにおいて蛍光させる）、光学的な組織運動の変化、または血管の解剖学および生理学を反映したり画像化することができる任意の他の生理学的性質の変化、を含む。

心臓が動脈の拍出量のシーケンスとして体に血液を送るとすれば、内在する造影剤は（静脈内に注入される造影剤と同様）、心臓周波数で変化する。さらに、この変動は、血管が連続した流体柱によって心臓に接続されているので、血管内の大きさが大きくなる可能性がある。したがって、血管は心臓の心室に接続する連続した流体柱であるので、心臓周波数が内部または血管に近接して生じる限り、内在する造影剤の空間分布内の心臓周波数変動の存在は、付加された空間分解能の源とすることができる。いくつかの態様では、心臓周波数は、人間の患者において毎分２０‐２００拍の範囲内にあることができる。

心臓の拍動は、内在する造影剤の心臓周波数変化を生じ、内在する造影剤の画像中の信号対雑音比を増加させ、ひいては、派生画像における内在する造影剤の空間分解能を向上させるための戦略を提供する。さらに、動脈および静脈循環サブシステムは、心臓周波数で動静脈相のロックを示す血管脈波を含むことができる。これは、静脈循環サブシステムから動脈循環サブシステムを分離するための戦略を提供する。

したがって、身体の内部特性、または内部造影剤を有する特性は、撮像によって捕捉され得る血管の解剖学的変化および生理学的変化を反映する。本技術は、内在する造影剤を用いて、相互相関ウェーブレット血管造影法を画像の光学データに適用する。定常の生理学的状態では、内在する造影剤は、１つの心周期と次の心周期との間で変化せず、動脈循環サブシステムを静脈循環サブシステムから区別するためのボーラス移動タイミング機構を提供しない（しかし、この区別は、６４０ｎｍにおける相対的なオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの信号から得ることができる）。内在する造影剤は、静脈循環サブシステムを動脈循環サブシステムから分離するためのボーラス移動機構を提供しないが、動脈および静脈の各経路は互いに位相がずれて脈打ち、この位相差は、内在する造影剤の血管造影が、内在する造影剤の光学的血管造影において静脈循環系から動脈循環系を分離することができる基準となる。したがって、ボーラスの移動タイミングに依存する代わりに、同位相および／または相補的な位相において脈動する構造のためのフィルタリングと組み合わされた解剖学的および／または物理的な構造の識別は、動脈のサブシステムと静脈のサブシステムとを区別することを可能にし得る。

内在する造影剤がある場合には、血中における前景の信号差は、背景に対して小さいので、注入された化学造影剤の血管造影に対して内在する造影剤の空間分解能が低下する。したがって、内在する造影剤を利用した血管造影画像は、注入された化学造影剤から得られる画像よりも時間的及び空間的な分解能が低い。しかし、内在する造影剤では、化学造影剤の投与からの関連毒性は存在しない。本技術は、相互相関ウェーブレット法によって心拍数よりも速い速度で取得されたこれらの内在する造影剤の現象のシネ画像からの血管脈波の時空間的再構成を提供する。いくつかの態様において、内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影法は、化学造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影法に較正され得る。

他の態様では、内在する造影剤からの信号を外部タイミング信号と相互相関させてもよい。相互相関ウェーブレット法は、心臓信号を相互相関として使用することができる。例えば、外部の心臓信号（例えば、パルスオキシメータの心電図や時間トレース）に基づいて、ナイキスト、シャノン、コテルニコフのサンプリング定理毎に、心拍数よりも速い内在する造影剤を用いて血管造影及び心臓信号データを取得することができる。これらの複素数値の相互相関ウェーブレット数学による演算を行うようにしてもよい。

他の態様では、心臓の曲線の形状が既知／仮定され、一定であり、心拍間の間隔が同じである、測定または推定された心臓周波数信号を使用することができる。

他の態様では、注入された血管内造影剤を用いて、従来の血管造影と同時に内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影を実施して較正を実行することができる。例えば、内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影と同時に、Ｘ線の通過を減衰させた患者に造影剤を注入して、Ｘ線血管造影を行ってもよい。例えば、光学的な造影剤の血管造影を行うことができ、ＩＣＧ等の化学造影剤を患者に注入して近赤外フィルタを有する光学系で検出することができる。内在する造影剤のウェーブレット血管造影は、注入された血管光学的造影剤の通過の前後の期間にわたって実行され得て、これにより、血管内注入された造影剤のウェーブレット血管造影法を用いて内在する造影剤のウェーブレット血管造影を較正することができる。

いくつかの態様において、内在する造影剤を用いた時空間的な心臓周波数現象の再構成されたシネ画像が、化学造影剤の血管内投与で得られた従来の血管造影から得られたものと比較されるように、較正ステップが実行されてもよい。従来の化学造影剤の血管造影法に使用することができる撮像方法は、光学（近赤外バンドを含む）および／または透視Ｘ線を含むことができる。

最初に、較正化学造影剤血管造影は、続いて内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影を受ける全ての対象において実行され得る。しかしながら、他の態様では、内在する造影剤の血管造影法と従来の化学造影剤の血管造影法との間の整合性を決定することにより、プロセスの化学造影剤の血管造影部分を減少させ、最終的には除去することができる。

本明細書に列挙される較正実施形態は、Ｘ線血管造影法および赤外光学血管造影法を含むが、磁気共鳴画像診断およびコンピュータ断層撮影を使用するような他の較正血管造影技術を使用することができる。心拍数よりも速い速度で取得される光干渉画像測定のために十分に高速で発生する光干渉測定（ドップラー効果を伴う）も使用することができる。この例では、ドップラー光干渉断層撮影及び組織運動を光干渉断層撮影により捕捉することからのデータ量は、心臓周波数現象相互相関ウェーブレット計算方法の時空間的再構成のための計算基板として働くことができる。

任意の適切な撮像技術は、光学、近赤外、超音波、ドップラー（光または音）、および可視光を含む内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影のために使用され得るが、これらに限定されない。いくつかの態様では、ドップラーデータは、撮像コンポーネントに向かって、または撮像コンポーネントから離れる方向への赤血球の移動に関連する波長のシフトを含むことができる。ドップラーデータは、この波長シフトの主な原因となる前処理を受けて、心臓周波数に関する情報が抽出され、米国特許第１０１２３７６１号明細書に提供された技術に基づいて処理される。非ドップラーアプローチのために組織のエコー輝度の変化が内在する造影剤の形態であってもよい。例えば、所定の体積要素内の血液量は、心臓周波数の関数としてエコー輝度を変化させることができる。

内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影法による較正の実施形態では、化学造影剤は血管内に注入され、画像は心拍数よりも速い速度で記録される。これらのシネ画像、内在する造影剤の光学画像および血管内注入された化学造影剤の血管造影画像の両方は、時間的に近接して又は同時に得られ、いずれかの方法のみとは対照的に、信号の更なる増幅を提供することができる。内在する造影剤および化学造影剤の血管造影のシネ画像は、相互相関されたウェーブレット再構成を受けて、時空間的心臓周波数現象を明らかにすることができる。化学的な光学造影剤のウェーブレット血管造影からの相互相関ウェーブレット血管造影は、内在する造影剤のウェーブレット光学血管造影から再構成された１つと比較され、対比されて、化学造影剤の光学ウェーブレット血管造影によって明らかにされるように、基礎となる血管生理学の観点から内在する造影剤のウェーブレット血管造影を較正することができる。

内在する光学的な造影剤の心臓周波数変動、化学造影剤の血管内投与なしに測定可能な血管現象の光学的発現は、種々の血管形成体に存在する。光学的な内在する造影剤は、可視波長で測定された組織運動、血流および代謝によって放出される熱、ならびにヘモグロビンの酸素化及び脱酸素状態における光学的な特性を含むが、これらに限定されない。内在する光学的な造影剤は、電磁スペクトルの可視及び近赤外部分で測定することができる。心臓の動作は、内在する光学的な造影剤における心臓周波数変動を生成し、相互相関されたウェーブレット空間時間的再構成は、内在する造影剤の基礎的な心臓周波数変動を視覚化するために使用され得る。

これらの技術は、標準的な量の化学造影剤でも、低減された量の化学造影剤でも、または化学造影剤を有さなくても実行され、そしてボーラスアプローチとは異なり、内在する造影剤の信号は時間の関数として消失しない。以下の例では、モニタディスプレイ上の操作フィールドの視覚的表示が任意である。

図１Ａは、内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影を実行するための例示的なシステム１０００を示す。システム１０００は、患者の手術の視野１からの光を収集し、光を２つの経路、すなわち可視光経路と近赤外（ＮＩＲ）光経路とに分割するように構成された手術顕微鏡３を備える。例えば、患者の視界を構成する手術野１からの光は、レンズ４によって収集され、ビーム分割部２に向けられるこの例では、ビーム分割部は、可視光を２つの経路に分割する。可視光を含む一つの経路は、ビーム分割部２によって、手術中の外科医の拡大双眼鏡１０１０に向けられてもよい。ここで提供される例は、両眼／ステレオ観察システムが示されているが、単眼、表示画面等を含む任意の適切な観察または表示装置を使用することができる。他の経路は、ＮＩＲフィルタ１０２０を介してビーム分割部２によってカメラ１０３０（例えば、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラ）に向けられてもよい。カメラ１０３０は、受信された信号を、コンピューティングシステム１０４０に提供され得るデジタル化された形式に変換してもよい。いくつかの態様では、ＣＣＤカメラは毎秒３０フレームのフレームレートを有してもよい。他の態様では、フレームレートは、毎秒３０フレームから２４０フレームまでの範囲とすることができる。さらに他の態様では、フレームレートは、毎秒１０‐６０フレームの範囲であってもよい。一般に、カメラは、研究されている心臓周波数現象の波長（例えば、心臓周波数熱変動のための近赤外、動脈および静脈血量変動のためのヘモグロビンピークなど）に敏感である。例示的な実施形態では、ＣＣＤカメラは、５０から５４００以上のＩＳＯを有することができる。好ましくは、ＣＣＤカメラは、心臓周波数正弦波挙動を捕捉するために大きなダイナミックレンジにわたって線形信号応答を示す。例示的な実施形態では、カメラは、１ｘから１０ｘの空間の拡大倍率において６４０×４８０ピクセルの最小空間分解能を有することができる。

コンピューティングシステム１０４０は、本明細書で提供される内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影技術に基づいて受信信号を処理して、表示画面１０５０上に内在する造影剤の血管造影図を生成することができる。手術顕微鏡３は、任意に、操作視野の上方の取付システム５に取り付けることができる。例えば、取付システム５は、コンピューティングシステム１０４０を保持するコンソールから上方に延びるポール５ａと、ポールの上端から横方向に延びる回転可能なブーム５ｂと、ブームの端部から吊り下げられた顕微鏡ホルダ５ｃとを含んでもよい。本明細書に記載される手術顕微鏡および取付システムは、例としてのみ示され、本技術は、任意の手術顕微鏡および／または取付システムに適している。いくつかの態様では、可視光がＣＣＤカメラ１０３０に提供されてもよく、ここでは、表示画面１０５０上での表示のために処理される。外部心臓装置１０６０（例えば、ＥＫＧ、パルスオキシメータなど）は、相互相関のための外部心臓信号を記録するために存在してもよい。場合によっては、任意の外部光源１０７０が存在してもよいし、超音波の場合には、超音波発生器１０７５が存在してもよい。本明細書に記載されたシステムで得られた内在する造影剤の血管造影は、表示されたり、不揮発性メモリに記憶されたり、および／またはコンピューティングシステム１０４０によって印刷されてもよいことが理解されるであろう。

図１Ｂは、内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影を実行するためのシステムの別の実施形態を示し、このシステムでは、内在する造影剤の技術が、ポータブルデバイス（例えば、携帯電話、タブレット等）からビデオカメラを用いて実行される。この例では、診断視野１１１０からの光は、ビデオ記録機能（例えば、心拍数よりも速い記録画像）を有する携帯装置によって記録される。外部心臓装置１１２０はまた、相互相関信号を記録するために存在してもよい。ビデオ画像および相互相関信号は、コンピュータシステム１１４０に無線（または有線）で送信されて、時空間的に再構成された心臓周波数信号を取得し、表示画面１１５０に表示することができる。あるいは、携帯装置１１３０によって処理および／または表示を行うことができる。場合によっては、任意の外部光源１１６０が存在してもよく、超音波の場合には、超音波発生器１１６５が存在する。

外部心臓信号は、相互相関信号として、アーチファクト源から生じる信号が心臓周波数の関数として変化しないので、信号対雑音比を増加させる方法を提供する。したがって、米国特許第１０１２３７６１号の相互相関ウェーブレット技術は、本技術において、外部心臓信号を相互相関として適用することができる。

図２は、血管内造影剤の注入を伴う光学的血管造影の例を示す。この例にあっては、麻酔下の患者に、臨床開頭時の手術野１において露出した人間の脳表面が存在する。頭蓋切開の間、クリップが脳動脈瘤のネックを横切って配置され、動脈瘤破裂を繰り返す危険性を減少させる。この手術野は、光学的血管造影中に近赤外光で照明され、血管内投与された化学造影剤（例えば、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）であって、近赤外スペクトルの照射により蛍光を発する）は、その波長で光を吸収し、近赤外波長範囲の光を放出する。手術野１において露出した脳表面からの光は、ビーム分割部２を有する手術顕微鏡１０００に入射する。

この例では、フィルタリングされていない光がビデオまたはＣＣＤカメラ１０３０によって記録され、可視光スペクトル内の血管造影場の可視ビデオ３が生成される。この例では、可視ビデオ３内において抜粋された特徴は、明瞭化のために注釈付けされており、脳の前頭葉（Ｆ）、側頭葉（Ｔ）、開創器（Ｒ）、動脈瘤ネック（Ｎｅｃｋ）、動脈瘤クリップ（Ｃｌｉｐ）、および動脈瘤親動脈（Ｐａｒｅｎｔ Ａｒｔｅｒｉｅｓ）を含む。同一のビーム分割部２は、近赤外フィルタを通じて光を別個のビデオまたはＣＣＤカメラと、コンピュータシステムとに送る。コンピュータシステムは、血管系を通じて化学造影剤ボーラスを通過することにより生成される近赤外信号と共に、近赤外光学血管造影を含む近赤外映像４を捕捉する。近赤外映像４は、例えば、米国特許第１０１２３７６１号明細書に教示されているように変換されて、心臓周波数で発生する時空間的現象の相互相関ウェーブレット血管造影図の再構成５を生成する。相互相関されたウェーブレット血管造影図の再構成５における心臓周波数現象は、輝度としての大きさと色相としての位相を含む色モデル凡例６に従ってピクセルごとにレンダリングされてもよい。この色モデルでは、心臓周波数活性のないピクセルを黒とし、大きな大きさのピクセルを明るくする。心臓周波活性の位相は、範囲［－π，π］にわたって円環状に変化し、周期的な色相に基づくカラーマップでレンダリングされる。任意の適切なカラーモデル、例えば、グレースケール、輝度等は、この適用においてレンダリングされた任意の相互相関されたウェーブレット血管造影に適用することができる。

図３は、化学的血管内造影剤の注入によるのではなく、近赤外光スペクトルにおいて収集された内在する造影剤に基づく光学的血管造影の例を示す。図３の要素は、相互相関ウェーブレット血管造影図の再構成１１が内在する造影剤のみを有する血管造影に基づくことを除いて、図２中の要素と同様である（近赤外映像１０は近赤外化学造影剤が血管内に投与されていないため信号を示さない）。相互相関ウェーブレット血管造影技術は、化学造影剤ＩＣＧを用いることなく、移動する血管脈波を解像することができる。この効果は、近赤外光による刺激時の組織の自家蛍光によるものであってもよい。

この例では、臨床開頭時の手術野７における露出した人間の脳表面が存在する。近赤外光領域における赤外光の発熱と、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンによる光の反射率との組み合わせにより、近赤外光領域における内在する造影剤が存在する。露出した脳表面手術野７からの光は、ビーム分割部８を有する手術顕微鏡１０００に入射する。フィルタリングされていない光は、コンピューティングシステム１０４０を介して、可視光スペクトルにおける血管造影場を記録する可視ビデオ９を生成するために、ビデオまたはＣＣＤカメラによって記録される。可視ビデオ９内の重要な特徴は、明瞭化のために注釈付けされている。同一のビーム分割部８は、近赤外フィルタ２４を介して、例えば、内在する造影剤の近赤外光学血管造影画像を含む近赤外映像１０を撮像する別個の映像記録装置に光を送る。（他の態様では、近赤外信号はデジタル化され、表示画面上に表示するためにコンピュータシステム１０４０に提供されてもよい。）この露出した脳表面が発する近赤外信号は、血管内化学造影剤ＩＣＧの投与から放出される信号よりも小さいため、近赤外映像１０の画像は暗く見える。しかし、映像が暗く見えるにもかかわらず、内在する造影剤からの信号が存在し、ピクセルは、脈拍の内在する造影剤を背景信号から区別することができるように、心臓周波数の変化が組織化されている。心臓周波数現象の時空間的分布は、相互相関されたウェーブレット血管造影図の再構成１１によって、米国特許第１０１２３７６１号明細書に教示されているように、検出され、シネ画像にレンダリングされる。この図は、内在する造影剤の相互相関ウェーブレット血管造影法の使用の一例を表す。

先に示したように、米国特許第１０１２３７６１号に開示されたウェーブレット処理技術を適用して、内在する造影剤の血管造影を生成することができる。運動エイリアスがない場合には、演算は、ｎ×ｍ個のピクセルからなる血管造影データをｑフレームずつコンピュータメモリに受信することと、血管造影データをプロセッサで再フォーマットして、各サンプル長がｑであり、時間信号のｎ×ｍ個のアレイを生成することと、プロセッサによる複素値ウェーブレット変換をピクセル毎の時間信号に適用してウェーブレット変換のｎ×ｍ個のアレイを生成することと、プロセッサによる心臓周波数のピクセル毎のウェーブレット変換をフィルタリングすることと、プロセッサによる逆ウェーブレット変換を時間領域に変換し、ｎ×ｍピクセルのｑフレームに再フォーマットすることと、各フレームを輝度色相カラーモデルで画像としてレンダリングして、各ピクセルにおける複素データをプロセッサによって表現することと、を含む。

演算は、運動エイリアス及び相互相関を用いて、プロセッサによって血管造影時間強度曲線に高周波数分解能ウェーブレット変換を適用することと、プロセッサによる血管造影データをそれぞれの長さがｑの時間信号のｎ×ｍ個のアレイとして再フォーマットすることと、高時間分解能ウェーブレット変換のｎ×ｍ個のアレイを生成するためにピクセル毎の時間信号に対してプロセッサによる高時間ウェーブレット変換を実行することと、ウェーブレット領域において、プロセッサによる全ての血管造影時間強度曲線の単一高周波数分解能ウェーブレット変換によるピクセル毎の高時間分解能ウェーブレット変換と相互相関することと、プロセッサによる長さｑのそれぞれの時間領域時間信号のｎ×ｍ個のアレイを生成するためにウェーブレット領域内の相互相関信号のｎ×ｍ個のアレイを逆ウェーブレット変換することと、プロセッサが長さａのｎ×ｍ個の時間信号をそれぞれ複素数値化されたｎ×ｍピクセルのｑ個のフレームに再フォーマットすることと、を含む。先に述べたように、米国特許第１０１２３７６１号明細書においては、さらなる詳細が利用可能であり、参照により本明細書に組み込まれる。

図４は、可視光スペクトルから得られる内在する造影剤に基づいて、人間の顔の光学的血管造影の一例を示す。人間の顔の画像を記録する可視スペクトルビデオカメラは、同一の相互相関ウェーブレットアルゴリズムが、顔面の血管系を通してポンピングされる血液の拍動運動エネルギーによって誘導される頭部および顔面の組織内の小さな心臓周波数運動を捕捉することにより、心臓周波数を捕捉することができることを示している。したがって、シネ画像は、心拍数よりも速い速度で取得された画像に適用される相互相関ウェーブレット数学と内在する造影剤を用いて、心臓周波数変動を再構成することができる。これにより、光学的に撮像された組織の内在する造影剤を利用して、定量的に正確な心臓周波現象の測定を行うことができる。

いくつかの態様においては、独立に測定された心臓信号を用いた相互相関ウェーブレット数学を使用して、皮膚を含む循環系内での心臓周波数現象を光学的に画像化することができる。この例では、頭蓋の化学造影剤Ｘ線造影法を使用して、同じ体の構造の近傍の内在する造影剤の光学的血管造影の解釈を較正し、発展させる。例えば、被験者は、指パルスオキシメータ１２を装着して、非侵襲的に外部心臓信号１３を発生させて相互相関ウェーブレットの再構成１５により、相互相関を行っている。可視波長の映像足場１４を人間の顔から取得し、相互相関ウェーブレットの再構成１５に基づいて内在する造影剤の光学顔面血管造影図１７を生成する。相互相関ウェーブレットの再構成１５による計算後、内在する造影剤の光学顔面血管造影図１７の右手側で心臓周波数現象の再構成が行われる。

右内頸動脈内に血管内投与された化学造影剤を有する前後方向の投影における人間の頭蓋１６のＸ線造影図が示されている。較正方法としては、従来の血管内化学造影剤のＸ線造影図を血管内化学造影剤Ｘ線頭蓋血管造影図および相互相関ウェーブレットの再構成１６の左側に示す。相互相関ウェーブレットの再構成１５による処理の後、再構成された心臓周波数現象は血管内化学造影剤Ｘ線頭蓋血管造影図および相互相関ウェーブレットの再構成１６の右側にレンダリングされる。この図は内在する造影剤の光学血管造影および相互相関ウェーブレットの再構成１４と、血管内化学造影剤Ｘ線頭蓋血管造影図および相互相関ウェーブレットの再構成１６とを、それらの相互相関と共に二次元画像として示しているが、これらは、心拍数よりも速い速度で取得された一連のシネ画像からの例示目的のために示された例示の枠組みであることが理解される。

本明細書の実施形態は、Ｘ線血管造影および赤外光血管造影に関連しているが、磁気共鳴画像診断およびコンピュータ断層撮影を使用するような他の較正血管造影技術を使用することができる。

本明細書で提供される例は、脳表面および皮膚の内在する造影剤の光学的相互相関ウェーブレット血管造影を示す。これらの技術は、網膜または他の開腹外科手術手順のような他の血管付きの器官に適用することができる。

図５を参照すると、コンピュータシステムまたは情報処理装置８０のブロック図（例えば、図１Ａのコンピュータシステム１０４０または図１Ｂのコンピュータシステム１１４０）は、強化された機能性を提供するか、本発明の一実施形態による血管造影データから心臓周波数現象を抽出するための独立型デバイスとして使用されるために、図１Ａのシステム１０００または図１Ｂのシステム１０００のような内在する造影剤の血管造影システムに組み込まれてもよいように示されている。一実施形態では、コンピュータシステム８０は、モニタまたはディスプレイ８２と、コンピュータ８４と、プロセッサ８６と、バスサブシステム８８と、メモリサブシステム９０と、ディスクサブシステム９２と、ユーザ出力装置９４と、ユーザ入力装置９６と、通信インターフェース９８とを含む。モニタ８２は、視覚的表現または情報の表示を生成するように構成されたハードウェアおよび／またはソフトウェア要素を含むことができる。モニタ８２のいくつかの例は、テレビジョンモニタ、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの馴染みのあるディスプレイ装置を含むことができる。いくつかの実施形態では、モニタ８２は、組み込まれたタッチスクリーン技術などの入力インターフェースを提供することができる。

コンピュータ８４は、１つまたは複数の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、メモリまたは記憶装置、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、通信システム、インターフェースカードなどの、馴染みのあるコンピュータ構成要素を含むことができる。図５に示すように、コンピュータ８４は、バスサブシステム８８を介して多数の周辺装置と通信する１つ以上のプロセッサ８６を含み得る。プロセッサ８６は、商業的に入手可能な中央処理ユニット等を含み得る。バスサブシステム８８は、コンピュータ８４の種々の構成要素及びサブシステムが意図されるように互いに通信するための機構を含むことができる。バスサブシステム８８は、単一のバスとして概略的に示されているが、バスサブシステムの代替実施形態は、複数のバスサブシステムを利用することができる。プロセッサ８６と通信する周辺装置は、メモリサブシステム９０、ディスクサブシステム９２、ユーザ出力装置９４、ユーザ入力装置９６、通信インターフェース９８等を含むことができる。

メモリサブシステム９０及びディスクサブシステム９２は、データを記憶するように構成された物理的記憶媒体の例である。メモリサブシステム９０は、プログラム実行中のプログラムコード、命令、及びデータの揮発性記憶のためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、固定されたプログラムコード、命令及びデータが格納されている読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）とを含む多数のメモリを含んでもよい。ディスクサブシステム９２は、プログラムおよびデータのための持続性（不揮発性）記憶を提供する多数のファイル記憶システムを含むことができる。他の種類の物理記憶媒体には、フロッピーディスク、取り外し可能なハードディスク、ＣＤ‐ＲＯＭ、ＤＶＤ、バーコード等の光記憶媒体、フラッシュメモリのような半導体メモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭＳ）、バッテリバックアップされた揮発性メモリ、ネットワーク化された記憶装置等が含まれる。メモリサブシステム９０およびディスクサブシステム９２は、本明細書で説明する技術の機能性または特徴を提供するプログラミングおよびデータ構築物を格納するように構成され得る。プロセッサ８６によって実行されるか、または機能を提供することで実行されるソフトウェアコードモジュールおよび／またはプロセッサ命令は、メモリサブシステム９０およびディスクサブシステム９２に格納されてもよい。

ユーザ入力装置９４は、コンピュータシステム８０の構成要素による処理のためにユーザからの入力を受信するように構成されたハードウェアおよび／またはソフトウェア要素を含むことができる。ユーザ入力装置は、コンピュータシステム８４に情報を入力するためのあらゆる可能なタイプのデバイスおよび機構を含み得る。これらは、キーボード、キーパッド、タッチスクリーン、ディスプレイに組み込まれたタッチインターフェース、マイクロフォンや音声認識システムなどの音声入力デバイス、および他のタイプの入力デバイスを含むことができる。様々な実施形態では、ユーザ入力装置９４は、コンピュータマウス、トラックボール、トラックパッド、ジョイスティック、ワイヤレスリモート、描画タブレット、音声コマンドシステム、アイトラッキングシステム等として具体化することができる。いくつかの実施形態では、ユーザ入力装置９４は、ユーザが、ボタンなどのクリックなどのコマンド、動作、またはジェスチャを介してモニタ８２上に現れる可能性のあるオブジェクト、アイコン、テキストなどと、ユーザが選択あるいは相互作用することを可能にするように構成されている。

ユーザ出力装置９６は、コンピュータシステム８０の構成要素からユーザに情報を出力するように構成されたハードウェアおよび／またはソフトウェア要素を含むことができる。ユーザ出力装置は、コンピュータ８４から情報を出力するためのあらゆる可能なタイプのデバイスおよび機構を含み得る。これらは、ディスプレイ（例えば、モニタ８２）、プリンタ、タッチまたは力フィードバックデバイス、オーディオ出力デバイスなどを含むことができる。

通信インターフェース９８は、他の装置と単方向または双方向通信を提供するように構成されたハードウェアおよび／またはソフトウェア要素を含むことができる。

例えば、通信インターフェース９８は、コンピュータ８４と他の通信ネットワークや装置との間の、例えばインターネット接続のようなインターフェースを提供することができる。

本発明の実施形態によれば、血管造影画像を取得することに加えて、追加の心臓信号／データは、本明細書に提供される技術に基づいて血管脈波の時空間的再構成を行うために、同時に取得されて相互相関ターゲットとして働くことができることが認識される。例えば、心臓信号／データは、血管造影投影における位相割出しピクセルのための基準心臓信号として作用することができる。

図６は、本明細書に提供される技術の高レベル動作を示す。動作７１０において、心臓周波数よりも速い速度で得られた時系列的な一連の画像が取得され、一連の画像は、内在する造影剤の１つ以上の物理的特性を捕捉する。動作７２０において、ウェーブレット変換解析が一連の光学画像に適用され、心臓周波数現象の時空間的表現が得られる。動作７３０において、心臓周波数血管造影現象の画像が時空間的表現から生成される。

有利には、本明細書に提供される実施形態は、内在する造影剤を用いて血管造影データにおける心臓周波数現象を時空間的に再構成するためのシステム、方法、及びコンピュータ可読媒体を含む。これらの技術は、血管造影画像を得るように設計されたハードウェアシステム、特に血管造影システムを適用して、患者のための画像を得ることができる。これらの技術は、既存の血管造影法、すなわち、化学造影剤なしに時空間的心臓周波現象を可視化することを可能にする技術の改良を提供する。さらに、この信号は経時的に減衰したり衰えることがなく、時空間的心臓周波数現象の継続的な視覚化を可能にし、これは、外科的処置の間、または患者の状態の継続的モニタリングを行う間、有用であり得る。

心臓周波数変動は、内在する造影剤の心臓周波数変動の時空間的に相互相関されたウェーブレット再構成時に信号対雑音比を増加させる内在する造影剤の情報源を含む。さらに、本明細書に提示される実施形態は、動静脈相のロックの現象を利用して、それらの一貫した心臓周波数位相関係を解析することによって、シネ画像において動脈循環サブシステムを静脈循環サブシステムから区別する。

これらの技術は、手足または頭部内の閉塞された動脈のような医学的異常をスクリーニングするために使用され得て、これは、さらなるスクリーニングのために患者を選択することができる。いくつかの態様においては、複数の光学的記録が得られ、体の異なる位置（例えば、頭部と脚部との間、腕部と脚部との間）は、異常についてスクリーニングされてもよい。また、造影剤なしで光学網膜血管造影を行うために本技術を適用してもよい。いくつかの態様では、心臓周波数現象の破壊は、病状の変化の前に起こり得て、本技術は現在利用可能な技術よりも早期に医学的状態を診断することを可能にする。

本技術は、医療技術および医療画像形成の分野における改良を提供する。これらの技術を使用して、造影剤の量を減らし、または全く用いることなく、循環異常を検出することができる。加えて、これらの技術は、ビデオ技術の処理で見ることができる。心臓周波数活動の変化を検出することにより、患者は迅速にスクリーニングされ、さらに試験が、示されるように実施され得る。さらに、内在する造影剤の血管造影図は、ある期間にわたって得ることができて、第１の内在する造影剤の血管造影図はベースラインとして機能する。ベースラインの経時変化は、基礎的な循環器または心臓障害の発生を示すことができる。

これらの本発明の技術は、内在する造影剤を使用して心臓周波数現象に関する情報を抽出して表示することができるようにすることにより、外科的設定、診断イメージングシステム、および他のタイプの光学的イメージングシステムにおいて使用されるように設計された手術または外科的撮像システムを改善する。

これらの技術は、静脈へのアクセスが当然のこととして利用可能である、重症の患者または手術中の患者にとってさらなる利点を提供する。例えば、光学的に捕捉される静脈内の造影剤を調整する必要性は、手順を支配し、他の医療工程の中断を引き起こす。静脈へのアクセスがない患者にとっては、このアプローチは、静脈内注入を有するという不快感や不便さを与える可能性がある。

注入された造影剤ボーラスが現象の撮像および分析を可能にするように定められた瞬間に循環しないことのような、医学的に重要で短時間のまたは一時的な現象は、警告なしに起こり得る。内在する造影剤では、心臓周波数現象は生きている患者において常に利用可能であるので、心拍数よりも速い速度で取得された画像における心臓周波数現象をその場で、事後的に、または連続的に分析することができる。

他の態様では、複数種類の入力（例えば、光、近赤外、熱、音など）を得て、処理することができ、生じた出力は、単一の入力と比較して心臓周波数の検出を高めるように組み合わせることができる。

以上の説明から明らかにされたもの中で、上述した目的は効率的に達成することができ、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、上記の方法及び構成においていくらかの変更を行うことができるので、上記の説明に含まれ、添付図面に示された全ての事項は、例示であって、限定的な意味ではないと解釈されるべきである。

以下の特許請求の範囲は、本明細書に記載された本発明の全般的な及び特定の特徴の全てを包含することを意図しており、本発明の範囲のすべての記述は、文言上、そこに含まれると言うことができることが理解される。

本明細書で提供される技術は、好ましい実施形態に関して記載されており、明示的に述べたものとは別の、均等物、代替物、および修正が、特許請求の範囲の範囲内で可能であることが認識される。

一態様では、第２の時系列的な一連の画像が、静脈内に注入された化学造影剤で取得され、静脈内注入された化学造影剤から得られた画像の第２の時空間的表現が生成される。内在する造影剤で得られた画像の時空間的表現は、静脈内注入された化学造影剤から得られた画像の第２の時空間的表現とペアリングされる。内在する造影剤で得られた画像の時空間的表現は、ペアリングに基づいて較正される。

この例では、フィルタリングされていない光がビデオまたはＣＣＤカメラ１０３０によって記録され、可視光スペクトル内の血管造影場の可視ビデオ３’が生成される。この例では、可視ビデオ３’内において抜粋された特徴は、明瞭化のために注釈付けされており、脳の前頭葉（Ｆ）、側頭葉（Ｔ）、開創器（Ｒ）、動脈瘤ネック（Ｎｅｃｋ）、動脈瘤クリップ（Ｃｌｉｐ）、および動脈瘤親動脈（Ｐａｒｅｎｔ Ａｒｔｅｒｉｅｓ）を含む。同一のビーム分割部２は、近赤外フィルタを通じて光を別個のビデオまたはＣＣＤカメラと、コンピュータシステムとに送る。コンピュータシステムは、血管系を通じて化学造影剤ボーラスを通過することにより生成される近赤外信号と共に、近赤外光学血管造影を含む近赤外映像４’を捕捉する。近赤外映像４’は、例えば、米国特許第１０１２３７６１号明細書に教示されているように変換されて、心臓周波数で発生する時空間的現象の相互相関ウェーブレット血管造影図の再構成５’を生成する。相互相関されたウェーブレット血管造影図の再構成５’における心臓周波数現象は、輝度としての大きさと色相としての位相を含む色モデル凡例６に従ってピクセルごとにレンダリングされてもよい。この色モデルでは、心臓周波数活性のないピクセルを黒とし、大きな大きさのピクセルを明るくする。心臓周波活性の位相は、範囲［－π，π］にわたって円環状に変化し、周期的な色相に基づくカラーマップでレンダリングされる。任意の適切なカラーモデル、例えば、グレースケール、輝度等は、この適用においてレンダリングされた任意の相互相関されたウェーブレット血管造影に適用することができる。

右内頸動脈内に血管内投与された化学造影剤を有する前後方向の投影における人間の頭蓋１６のＸ線造影図が示されている。較正方法としては、従来の血管内化学造影剤のＸ線造影図を血管内化学造影剤Ｘ線頭蓋血管造影図および相互相関ウェーブレットの再構成１５の左側に示す。相互相関ウェーブレットの再構成１５による処理の後、再構成された心臓周波数現象は血管内化学造影剤Ｘ線頭蓋血管造影図および相互相関ウェーブレットの再構成１５の右側にレンダリングされる。この図は内在する造影剤の光学血管造影および相互相関ウェーブレットの再構成１５と、血管内化学造影剤Ｘ線頭蓋血管造影図および相互相関ウェーブレットの再構成１５とを、それらの相互相関と共に二次元画像として示しているが、これらは、心拍数よりも速い速度で取得された一連のシネ画像からの例示目的のために示された例示の枠組みであることが理解される。

図５を参照すると、コンピュータシステムまたは情報処理装置８０のブロック図（例えば、図１Ａのコンピュータシステム１０４０または図１Ｂのコンピュータシステム１１４０）は、強化された機能性を提供するか、本発明の一実施形態による血管造影データから心臓周波数現象を抽出するための独立型デバイスとして使用されるために、図１Ａのシステム２０００または図１Ｂのシステム１０００のような内在する造影剤の血管造影システムに組み込まれてもよいように示されている。一実施形態では、コンピュータシステム８０は、モニタまたはディスプレイ８２と、コンピュータ８４と、プロセッサ８６と、バスサブシステム８８と、メモリサブシステム９０と、ディスクサブシステム９２と、ユーザ出力装置９６と、ユーザ入力装置９４と、通信インターフェース９８とを含む。モニタ８２は、視覚的表現または情報の表示を生成するように構成されたハードウェアおよび／またはソフトウェア要素を含むことができる。モニタ８２のいくつかの例は、テレビジョンモニタ、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの馴染みのあるディスプレイ装置を含むことができる。いくつかの実施形態では、モニタ８２は、組み込まれたタッチスクリーン技術などの入力インターフェースを提供することができる。

コンピュータ８４は、１つまたは複数の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、メモリまたは記憶装置、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、通信システム、インターフェースカードなどの、馴染みのあるコンピュータ構成要素を含むことができる。図５に示すように、コンピュータ８４は、バスサブシステム８８を介して多数の周辺装置と通信する１つ以上のプロセッサ８６を含み得る。プロセッサ８６は、商業的に入手可能な中央処理ユニット等を含み得る。バスサブシステム８８は、コンピュータ８４の種々の構成要素及びサブシステムが意図されるように互いに通信するための機構を含むことができる。バスサブシステム８８は、単一のバスとして概略的に示されているが、バスサブシステムの代替実施形態は、複数のバスサブシステムを利用することができる。プロセッサ８６と通信する周辺装置は、メモリサブシステム９０、ディスクサブシステム９２、ユーザ出力装置９６、ユーザ入力装置９４、通信インターフェース９８等を含むことができる。

ユーザ入力装置９４は、コンピュータシステム８０の構成要素による処理のためにユーザからの入力を受信するように構成されたハードウェアおよび／またはソフトウェア要素を含むことができる。ユーザ入力装置は、コンピュータ８４に情報を入力するためのあらゆる可能なタイプのデバイスおよび機構を含み得る。これらは、キーボード、キーパッド、タッチスクリーン、ディスプレイに組み込まれたタッチインターフェース、マイクロフォンや音声認識システムなどの音声入力デバイス、および他のタイプの入力デバイスを含むことができる。様々な実施形態では、ユーザ入力装置９４は、コンピュータマウス、トラックボール、トラックパッド、ジョイスティック、ワイヤレスリモート、描画タブレット、音声コマンドシステム、アイトラッキングシステム等として具体化することができる。いくつかの実施形態では、ユーザ入力装置９４は、ユーザが、ボタンなどのクリックなどのコマンド、動作、またはジェスチャを介してモニタ８２上に現れる可能性のあるオブジェクト、アイコン、テキストなどと、ユーザが選択あるいは相互作用することを可能にするように構成されている。

Claims (20)

1. 心臓周波数よりも速い速度で光学系により得られた一連の光学画像から心臓周波現象を抽出する方法であって、
   心臓周波数よりも速い速度で得られた患者の時系列化された一連の光学画像を取得すると共に、前記時系列化された一連の画像が、内在する造影剤の１つ以上の物理的特性を捕捉することと、
   前記患者からの信号を取得することと、
   前記時系列化された一連の光学画像に対して、相互相関ウェーブレット変換解析を適用して、心臓周波数現象の時空間的表現を生成することと、を含み、前記相互相関ウェーブレット変換解析は、
   前記時系列化された一連の光学画像をウェーブレット変換してウェーブレット変換された信号を得ることと、
   前記ウェーブレット変換された信号を相互相関信号と相互相関させて相互相関信号を得ることと、
   前記相互相関信号を心臓周波数でフィルタリングしてフィルタリングされた信号を得ることと、
   前記フィルタリングされた信号を逆ウェーブレット変換して、前記時系列化された一連の光学画像の時空間的表現を得ることと、
   前記時空間的表現から心臓周波数現象の画像を生成することと、を含む方法。
2. １つ以上の再構成された画像に時空間的再構成を表示することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 同時に測定された心臓信号を取得し、前記同時に測定された心臓信号と前記ウェーブレット変換された信号とを相互相関させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記画像が、光学顕微鏡、近赤外顕微鏡、超音波、またはドップラー技術によって得られる、請求項１に記載の方法。
5. 前記画像が、血管構造を有する身体を撮像することから得られる、請求項１に記載の方法。
6. 内在する造影剤が、熱放射、光学的反射、または自家蛍光を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記再構成された血管造影画像がシネビデオシーケンスとして提供される、請求項１に記載の方法。
8. 静脈内注入された化学造影剤を有する第２の時系列化された一連の画像を取得し、前記静脈内注入された化学造影剤から得られた前記画像の第２の時空間表現を生成することと、
   前記静脈内注入された化学造影剤から得られた前記画像の前記第２の時空間的表現と内在する造影剤で得られた前記画像の前記時空間的表現をペアリングすることと、
   前記ペアリングに基づいて内在する造影剤で得られた前記画像の前記第２の時空間的表現を較正することと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 心臓周波数よりも速い速度で得られた心臓周波現象を抽出するための光学系のシステムであって、前記システムが、
   １つ以上のコンピュータプロセッサと、
   １つ以上のコンピュータ可読記憶媒体と、
   前記１つ以上のコンピュータプロセッサのうちの少なくとも１つによる実行のための前記１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム命令と、を含み、前記プログラム命令は、
   心臓周波数よりも速い速度で得られた患者の時系列化された一連の光学画像を取得すると共に、前記時系列化された一連の画像は、内在する造影剤の１つ以上の物理的性質を捕捉して、
   前記患者からの相互相関信号を取得して、
   前記時系列化された一連の光学画像に対して、相互相関ウェーブレット変換解析を適用して、心臓周波数現象の時空間的表現を生成するための前記命令を含み、前記相互相関ウェーブレット変換解析は、
   前記時系列化された一連の光学画像をウェーブレット変換してウェーブレット変換された信号を得ることと、
   前記ウェーブレット変換された信号を相互相関信号と相互相関させて相互相関信号を得ることと、
   前記相互相関信号を心臓周波数でフィルタリングしてフィルタリングされた信号を得ることと、
   前記フィルタリングされた信号を逆ウェーブレット変換して、前記時系列化された一連の光学画像の時空間的表現を得ることと、
   前記時空間的表現から心臓周波数現象の画像を生成することと、を含むシステム。
10. 前記プログラム命令は、１つ以上の再構成された画像に時空間的再構成を表示するための命令をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記プログラム命令は、同時に測定された心臓信号を取得し、前記同時に測定された心臓信号と前記ウェーブレット変換された信号とを相互相関させるための命令をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
12. 前記画像が、光学顕微鏡、近赤外顕微鏡、超音波、またはドップラー技術によって得られる、請求項９に記載のシステム。
13. 前記画像が、血管構造を有する身体を撮像することから得られる、請求項９に記載のシステム。
14. 内在する造影剤が、熱放射、光学的反射、または自家蛍光を含む、請求項９に記載のシステム。
15. 前記再構成された血管造影画像がシネビデオシーケンスとして提供される、請求項９に記載のシステム。
16. 前記プログラム命令は、
    静脈内注入された化学造影剤を有する第２の時系列化された一連の画像を取得し、前記静脈内注入された化学造影剤から得られた前記画像の第２の時空間表現を生成して、
    前記静脈内注入された化学造影剤から得られた前記画像の前記第２の時空間的表現と内在する造影剤で得られた前記画像の前記時空間的表現とをペアリングして、
    前記ペアリングに基づいて内在する造影剤で得られた前記画像の前記第２の時空間的表現を較正する
    ための命令をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
17. 前記心臓周波数よりも速い速度で得られた心臓周波数現象を抽出するためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、具体化されたプログラム命令を集合的に有する１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体を含み、前記プログラム命令は、コンピュータに、
    心臓周波数よりも速い速度で得られた患者からの時系列化された一連の光学画像を取得させると共に、前記時系列化された一連の画像は、内在する造影剤の１つ以上の物理的性質を捕捉させて、
    前記患者からの相互相関信号を取得させて、
    前記時系列化された一連の光学画像に対して、相互相関ウェーブレット変換解析を適用させて、心臓周波数現象の時空間的表現を生成させることを実行可能として、前記相互相関ウェーブレット変換解析は、
    前記時系列化された一連の光学画像をウェーブレット変換してウェーブレット変換された信号を得ることと、
    前記ウェーブレット変換された信号を相互相関信号と相互相関させて相互相関信号を得ることと、
    前記相互相関信号を心臓周波数でフィルタリングしてフィルタリングされた信号を得ることと、
    前記フィルタリングされた信号を逆ウェーブレット変換して、前記時系列化された一連の光学画像の時空間的表現を得ることと、
    前記時空間的表現から心臓周波数現象の画像を生成することと、を含むコンピュータプログラム製品。
18. 前記プログラム命令は、１つ以上の再構成された画像に心臓周波数血管造影現象の時空間的再構成を表示する命令をさらに含む、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
19. 前記プログラム命令は、同時に測定された心臓信号を取得し、前記同時に測定された心臓信号と前記ウェーブレット変換された信号とを相互相関させる命令をさらに含む、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
20. 前記プログラム命令は、
    静脈内注入された化学造影剤を有する第２の時系列化された一連の画像を取得し、前記静脈内注入された化学造影剤から得られた前記画像の前記第２の時空間表現を生成して、
    前記静脈内注入された化学造影剤から得られた前記画像の前記第２の時空間的表現と内在する造影剤で得られた前記画像の前記時空間的表現とをペアリングして、
    前記ペアリングに基づいて内在する造影剤で得られた前記画像の前記第２の時空間的表現を較正する
    命令をさらに含む、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。

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